【正文】 篇文章對 有些 問題認(rèn)識還有些不夠深入，如最新的無功補(bǔ)償技術(shù)，無功功率發(fā)生器、電力有源濾波器等以及相關(guān)的控制系統(tǒng)未予介紹，主要是由于資料的匱乏及本人的學(xué)識不高，所以介紹較為粗淺，仿真較為簡單，但也許這未必是這篇論文的終點(diǎn)，相反它更是起點(diǎn)，由于電力系統(tǒng)知識及裝置日新月異，使人必然樹立終身學(xué)習(xí)的目標(biāo)，而未來由于工作實(shí)際的需要，我可能會再次從這個起點(diǎn)出發(fā)，去進(jìn)行進(jìn)一步的探索。) set(gcf,39。 無功補(bǔ)償模塊 TCR， 補(bǔ)償容量 109kvar。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，比并聯(lián)電抗器大 2～ 3 倍。所以通過改變晶閘管的觸發(fā)角來改變直流勵磁電流的大小，進(jìn)而改變鐵心的飽和程度，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)電抗器的無功功率容量。實(shí)際使用時(shí)不得不對觸頭經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和更換，這影響了整個裝 22 置工作的可靠性和工作壽命，也降低了工作的準(zhǔn)確性和動作響應(yīng)速度。由于晶閘管投切電容器具有優(yōu)良的動態(tài)無功功率，它只有和 TCR 配合使用，才能實(shí)現(xiàn)個意義上的無功功率連續(xù)調(diào)節(jié)。 晶閘管可控制電抗器 (TCR) SVC 的優(yōu)越性是它能快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償設(shè)置的無功功率輸出。但它的補(bǔ)償過程是動態(tài)的，即可根據(jù)系統(tǒng)無功功率的需求或電壓的變化自動跟蹤補(bǔ)償。為了使輸電線路電壓維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)電勢必然需要降低，這樣將會使電力系統(tǒng)的功率極限減小，運(yùn)行功角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定水平下降。為防止這種情況，不宜使電容器補(bǔ)償容量過大，應(yīng)以電容器在此時(shí)的放電電流不大于電動機(jī)空載電流 I0 為限，即 QC = 3 UNI0103 (215) 式中 UN — 供電系統(tǒng)額定線電壓， kV ； I0 — 電動機(jī)額定空載電流， A 若實(shí)際運(yùn)行電壓與電容器額定電壓不一致，則電容器的實(shí)際補(bǔ)償容量為： QC1 = )UU( (216) 式中 — 電容器的額定電壓； — 電 容器的額定補(bǔ)償容量； UW — 電容器的實(shí)際工作電壓 15 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器 也是一種較早應(yīng)用的重要無功功率補(bǔ)償裝置。一般說來，高壓設(shè)備單臺容量大，消耗的無功功率也很大，更適合采用個別補(bǔ)償方式。缺點(diǎn)是：當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷，又無自動控制裝置時(shí)，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞，因此，補(bǔ)償裝置需要較頻繁投切；不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無功負(fù)荷和電能損耗。 (a)R、 L、 C 并聯(lián)等值電路； (b)R、 L 串聯(lián)后與 C 并聯(lián)的等值電路 (c)欠補(bǔ)償?shù)南蛄繄D； (d)過補(bǔ)償?shù)南蛄繄D 圖 等值電路與向量圖 ? 1— 補(bǔ)償前電壓 ?U 與電流 ?I 的相位差 。電容器是電子工業(yè)與電工設(shè)備中的基本元件之一。根據(jù)裝置本身有無自帶電源分類，可以分為無源無功功率補(bǔ)償裝置和有源無功功率補(bǔ)償裝置。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)荷需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得。電納中的無功功率損耗稱為勵磁損耗，消耗容性無功功率，它與空載電流有關(guān)，變動范圍很小，對于給定的變壓器，勵磁損耗是固定不變的。同步電動機(jī)時(shí)一種除可將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能外，還能調(diào)節(jié)其勵磁電流產(chǎn)生無功功率的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因而也是一種無功電源補(bǔ)償裝置。 同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無功電源裝置。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中使用的各種用電設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計(jì)制造的?？墒寡a(bǔ)償時(shí)無損，快速，平滑的優(yōu)點(diǎn)，從而成為了無功補(bǔ)償?shù)闹髁鳌?用 Matlab 對 TCR 型無功補(bǔ)償進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 無功功率還有很多作用，如保持電網(wǎng)的穩(wěn)定問題等等，鑒于此很有必要對無功功率補(bǔ)償進(jìn)一步的探索。如果發(fā)電機(jī)有足夠的無功功率備用，系統(tǒng)的無功電源比較充足，就能滿足較高電壓質(zhì)量下無功功率平衡的需要，系統(tǒng)就有較高質(zhì)量的運(yùn)行電壓水平。如果無功電源容量不足，負(fù)荷的端電壓就會降低。 (2) 同步調(diào)相機(jī)。 (2) 變壓器。當(dāng)電力線路的傳輸功率較大時(shí)，電力線路中電抗消耗的無功功率將大 于電納中產(chǎn)生的無功功率 ，則電力線路為無功負(fù)荷，消耗無功功率；當(dāng)電力線路的傳輸功率較小時(shí)，電力線路中電納產(chǎn)生的無功功率，除了抵消電抗中的無功功率損耗以外，還有剩余，電力線路為無功電源，發(fā)出無功功率。 (8) 高水平平衡三相的有功功率和無功功率。 操作方便、對系統(tǒng)可靠性影響小而廣泛使用，串聯(lián)補(bǔ)償方式因 為接線復(fù)雜、操作部方便、對系統(tǒng)可靠性影響大而使使用范圍受到限制，一般在并聯(lián)補(bǔ)償方式不能滿足技術(shù)要求的情況下才使用。并聯(lián)電容器的一個缺點(diǎn) 是其無功功率輸出與電壓平方成正比，結(jié)果是在低壓時(shí)無功功率輸出減小，而這時(shí)的系統(tǒng)卻需要更多無功功率；并聯(lián)電容器的另一個缺點(diǎn)是電容器提供的無功功率在電壓穩(wěn)定時(shí)是不變的，不能隨系統(tǒng)無功功率的需求的改變而改變，是一種靜態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置，適用于無功功率需求穩(wěn)定的場所，但即使這樣，也容易造成欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償。顯然，當(dāng) XC＜ XL 時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng) XC＞ XL 時(shí)，過補(bǔ)償。 (2) 個別補(bǔ)償 個別補(bǔ)償又稱為“就地補(bǔ)償”，它就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功功率的需要量將單臺或多臺電容器組分散地與用電設(shè)備并接。在投、切不及時(shí)或投、切容量不合適時(shí)，也易造成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象。 并聯(lián)電抗器在電力系 統(tǒng)中的作用 并聯(lián)電抗器 無功功率補(bǔ)償裝置常用于補(bǔ)償系統(tǒng)電容 [13]。 (4) 有利于消除同步發(fā)電機(jī)帶空載長線路時(shí)可能出現(xiàn)的自勵磁諧振。 目前，靜止無功功率 補(bǔ)償器已廣泛用于輸電線路、工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng) 。電流基本上是無功功率性質(zhì)和正弦形。為了對無功電流能盡量做到無級調(diào)節(jié)，總是希望電容器級數(shù)越多越好。 圖 TSC 投切電路原理圖 設(shè)投入前電容器上端電壓 Cu 已由上次最后導(dǎo)通的 V1充到電源電壓 Su 的正峰值，故本次導(dǎo)通應(yīng)選在 Su 與 Cu 相等的時(shí)刻使 V2 觸發(fā)導(dǎo)通，電容電流開始建立。當(dāng)電源電壓為負(fù)半波時(shí)， V1 截止， VD 導(dǎo)通，此時(shí)， V1 承受反向電壓， V2 承受正向電壓。 ， 120176。 預(yù)期目標(biāo)：當(dāng)負(fù)載 為純阻性， 功率因數(shù)為 1， TCR 連入系統(tǒng)后不 工作 ，否則功率因數(shù)會降低；當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)小于 1， TCR 接入系統(tǒng)后隨功率因數(shù)的大小適量 改變與電抗器串聯(lián)的晶閘管的導(dǎo)通角，能快速連續(xù)改變裝置的電感電流 使功率因數(shù) 保持較高水平（處于 到 1 之間） 。 36 結(jié) 束 語 本文對 TCR 型無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了 TCR 無功補(bǔ)償裝置能對系統(tǒng)進(jìn)行快速平滑調(diào)節(jié)使系 統(tǒng)功率因數(shù)保持在較高水平，提高系統(tǒng)利用率。 而早期的無功功率補(bǔ)償裝置主要是電容器及同步調(diào)相機(jī)，其中并聯(lián)電容器由于經(jīng)濟(jì)、靈活、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的，但并聯(lián)電容器的主要缺點(diǎn)是其無功功率輸出與電壓平方成正比，無功 不足 時(shí) ，電壓降低，導(dǎo)致電容器發(fā)出的無功功率減少，系統(tǒng)無功更感不足。示波器輸出 PI 控制模塊 波形及測得系統(tǒng)功率因數(shù)波形，檢驗(yàn) TCR 無功補(bǔ)償裝置是否正常工作。設(shè)置如圖 圖 三相 電源 負(fù)載 load1 為 純阻性 ， 額定電壓 10KV， 頻率 50HZ，功率：有功為 P=100KW 無功 為0kvar。 可控飽和電抗器 SVC 的原理圖如圖 所示，它主要包括 飽和電抗器、電容器組 (兼做濾波器 )和調(diào)節(jié)器 (由直流電源和控制單元 組成 )三部分。需要切除電容時(shí)，選擇 Ci 降 為零的時(shí)刻撤除觸發(fā)脈沖， V2關(guān)斷，V1也不再導(dǎo)通， Cu 則保持 V2導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投入電容做準(zhǔn)備。在電力系統(tǒng)補(bǔ)償器中，通 常 不追求這種靈活性，因?yàn)檫@樣一來控制裝置過于復(fù)雜，另一方面，使大多數(shù)導(dǎo)納相等，一般來說要經(jīng)濟(jì)得多 。 設(shè)導(dǎo)通角為 ? ，它與 ? 的關(guān)系 ? =2( ??? )，減小 ? ，則電流中基波分量減小，這相當(dāng)于增大電抗器的感抗，減小基波無功功率。在工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)中，能使電壓閃變削弱到規(guī)定值范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)負(fù)荷功率因數(shù)，限制無功功率向系統(tǒng)倒流，減少無功功率引起的損耗，提高輸電網(wǎng)的輸送有功功率的能力，穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)的電壓；限制流向系統(tǒng)的諧波電流；平衡三相負(fù)荷，減少工業(yè)網(wǎng)對通信系統(tǒng)的干擾，提高用電質(zhì)量。 隨著無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，在一些比 較低的電壓等級也安裝了并聯(lián)電抗器。實(shí)踐證明，對于一些電壓偏高的電網(wǎng)，安裝一定數(shù)量的并聯(lián)電抗器是解決系統(tǒng)無功功率過剩，降低電壓的有效措施。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定 安裝 并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝容量的選擇， 可根據(jù)不同目的來確定 [12]。它通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切，既能提高線路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式 對于電力系統(tǒng)的負(fù)荷，電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。如果感性負(fù)荷所需的無功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑挘瑒荼赜砂l(fā)電機(jī)供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。并聯(lián)電容器用于補(bǔ)償感性無功功率，并聯(lián)電抗器用于補(bǔ)償容性無功功率。 無功功率補(bǔ)償裝置 無功功率 補(bǔ)償裝 置經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，形成了種類繁多的無功功率補(bǔ)償裝置。近些年來，國民經(jīng)濟(jì)各部門大力推廣使用各種新型的電力電子整流裝置，他們在減少能量損耗的同時(shí)，也帶來了諸如功率因數(shù)下降、電壓波動和閃變、三相不平衡以及諧波干擾等問題，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器的無功功率消耗包括勵磁消耗和漏抗中的消耗兩部分：勵磁消耗基本上等于空載損耗電流的百分值，約為1%～ 2%；繞組漏抗消耗在變壓器滿載時(shí)基本上等于短路電壓的百分值 ，約為 10%。它能在過勵磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給感性無功功率，起無功電源的作用；在欠勵磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸取感性無功功率，起無功負(fù)荷的作用。 無功功率對線損的影響 無功電源的分布、無功功率的傳輸以及無功功率的管理，直接影響線路的損耗和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 [8]。另外，電能在電力網(wǎng)中傳輸時(shí)，要損失掉部分有功功率和無功功率。原因在于，為控制潮流而改變串聯(lián)電容的容抗投切電容器組，而頻繁地投切相應(yīng)的開關(guān)電器必然伴隨機(jī)械磨損，即使不引發(fā)事故，也將要求開關(guān)電器經(jīng)常維修，這就限制了串聯(lián)電容的推廣。 其中主要包括兩大類， 電容器 、電抗器 無功補(bǔ)償?shù)幕驹砑办o止無功補(bǔ)償器的基本原理 ，分析其代表性的 并聯(lián)電容 補(bǔ)償方式。主要包括兩大類，一類是具有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置 SR，另一類是晶閘管控制電抗器 TCR、晶閘管投切電容器 TSC。 電力系統(tǒng)是向用戶提供電能的網(wǎng)絡(luò)，因而電能質(zhì)量是供電部門生產(chǎn)經(jīng)營活動中的一個重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。 電力系統(tǒng)無功電源與無功負(fù)荷 電力系統(tǒng)的無功電源 在電力系統(tǒng) 中，無功電源主要是同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)以及同步電動機(jī)。同步調(diào)相機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以無級調(diào)節(jié)無功功率的數(shù)值，但由于它是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，有功功率損耗較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，近來已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行，通常只在需要大容量的無功功率補(bǔ)償設(shè)備時(shí)才裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)。電阻和電抗為繞組縱分量 ，電導(dǎo)與電納為繞組橫分量，而消耗系統(tǒng)無功功率的參數(shù)是電抗和電納。因此，無論工業(yè)或農(nóng)業(yè)用戶都以滯后功率因數(shù)運(yùn)行，其值約為 .～ ，其中較大的數(shù)值對應(yīng)于使用大容量同步電動機(jī)的場合。根據(jù)無功功率補(bǔ)償裝置開始使用的時(shí)間，可以分為傳統(tǒng)無功功率補(bǔ)償裝置 和現(xiàn)代無功功率補(bǔ)償裝置?；旌鲜褂脮r(shí)，一般 是串聯(lián)電抗器在并聯(lián)電容器支路中，然后與并聯(lián)電容器一起接入系統(tǒng)，補(bǔ)償高頻無功功率，起到抑制諧波以及保護(hù)并聯(lián)電容器的作用。 首先分析一個簡單的并聯(lián)電路。集中補(bǔ)償一般把補(bǔ)償裝置裝于地區(qū)變電所或高壓供電電力用戶降壓變電站的一次或二次母線上，也包括集中裝于電力用戶總配電高低壓母線上。低壓個別補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行 (如大中型低壓異步電動機(jī)）的無功功率消耗 。 單臺異步電動機(jī)裝有個別補(bǔ)償電容器時(shí)，若電動機(jī)突然與電源斷開，電容器將對電動機(jī)放電而產(chǎn)生自勵現(xiàn)象。由此可知 ，在超高壓和一些中低 壓電網(wǎng)中，其容性充電功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，決不可忽視。這里的“靜止”是專指 SVC 沒 有運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)部件。需要說明的是，晶閘管投切電容器并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的無功功率連續(xù)動態(tài)補(bǔ)償，其本質(zhì)還是屬于分級調(diào)節(jié)的無功功率補(bǔ)償器。晶閘管投切電容器能快速跟蹤沖擊負(fù)荷的突變，隨時(shí)保持最佳饋電功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功功率補(bǔ)償，減小電壓波動，提高電能質(zhì)量，節(jié)約電能。但由于接觸器三相觸頭不能分別進(jìn)行控制，要通則幾乎一起接通，要斷則幾乎一起斷開，無法選擇最合適相位角投入和切除電容，這樣會產(chǎn)生不同的沖擊電流。這種補(bǔ)償裝置了保證更好的投切電容器，必須對電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。這樣，負(fù)載無功功率的恒定部分由電容器補(bǔ)償，而變動 部分由飽和電抗器調(diào)節(jié)，以保證電網(wǎng)輸入的無功功率 SQ = )( CLF Q ?? 保持恒定。 設(shè)置如圖 圖 load2 模塊 定時(shí)開關(guān)模塊于 5s 時(shí)閉合設(shè) 置如圖 ， 圖 switch模塊 29 圖 ThreePhase Breaker模塊 電壓電流測量模塊 ThreePhaseVI Measurement設(shè)置如圖 圖 ThreePhaseVI Measurement模塊 30 功率因數(shù)測量模塊 measurement:如圖